專利名稱：釩酸鈰納米棒組裝體及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種釩酸鈰納米棒組裝體及其制備方法，屬于無機(jī)先進(jìn)納米材料制備
工藝技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
稀土化合物在光學(xué)材料，磁性材料，催化，醫(yī)藥等方面有著廣泛的應(yīng)用，是許多具 有優(yōu)異磁、光性能的功能材料的必不可少的組成部分。由于我國是世界第一稀土大國，已探 明工業(yè)儲量為世界第一，稀土工業(yè)已成為我國重要的化工產(chǎn)業(yè)之一。近十年來，人們發(fā)現(xiàn)， 當(dāng)材料的尺寸達(dá)到納米階段以后，經(jīng)常會出現(xiàn)與體相材料不同的性質(zhì)，如熒光性質(zhì)的增強(qiáng)。 因此新型稀土化合物納米材料的合成和性質(zhì)研究成為廣泛研究的熱點(diǎn)。其中稀土釩酸鹽在 催化、偏光器、激光器基質(zhì)材料、熒光材料等許多領(lǐng)域都有重要應(yīng)用。 近幾年，納米材料的合成與組裝受到人們的極大關(guān)注。納米材料的性質(zhì)不但與其 大小有關(guān)，而且還與其形貌有很大的關(guān)系，這給納米材料的制備提出了一個非常大的挑戰(zhàn)。 因而，納米材料的制備在當(dāng)前納米科學(xué)研究中占據(jù)極為重要的地位，其關(guān)鍵技術(shù)是控制材 料的大小，形貌和獲得較窄粒度分布。將納米晶體通過"自下而上"的方法按一定的規(guī)律組 裝起來形成一維、二維、三維的有序納米晶陣列，就構(gòu)成了納米結(jié)構(gòu)體系。研究表明納米結(jié) 構(gòu)體系具有很多奇特的物理現(xiàn)象，顯示出很多單個納米晶體粒子所不具備的優(yōu)越性能。
關(guān)于稀土釩酸鹽納米晶控制合成的報道有很多，在不同條件下制得了各種形貌 的稀土釩酸鹽納米晶(J. Phys. Chem. B 2005,109,3284 ;Cryst. GrowthDes. 2008，8，4432 ; Cryst. Growth Des. 2005， 5， 137.)，也有關(guān)于納米晶自組裝現(xiàn)象的研究(Chem. Eur. J. 2009， 15， 12331240 ;J. Mater. Chem. 2007， 17， 1797)，但對于釩酸鈰納米棒自組裝的現(xiàn)象未見報 道，稀土釩酸鈰作為一種復(fù)合金屬氧化物，在很多方面有著重要的應(yīng)用價值，比如，催化劑 以及光催化劑材料。作為光催化劑有文獻(xiàn)報道可以在紫外光照射下催化亞甲基蘭的降解 (Ind. Eng. Chem. Res. 2007,46， 1013-1017.)。 因此發(fā)展新的合成條件，探索其生長、組裝機(jī)制，獲得具有特定尺寸、形貌、維度、 暴露晶面、單分散性等的釩酸鈰納米材料；深入系統(tǒng)地研究納米材料形貌與性能的關(guān)系； 進(jìn)一步實現(xiàn)納米材料的人為控制組裝，構(gòu)建功能納米結(jié)構(gòu)體系，最終使納米材料進(jìn)入應(yīng)用 領(lǐng)域具有重要意義。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種水熱法控制合成釩酸鈰納米棒組裝體及其制備方法。
為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案 本發(fā)明的一種釩酸鈰納米棒組裝體，其特征在于，所述釩酸鈰納米棒的直徑為 7-10nm，棒長為70-100nm，納米棒肩并肩排列成超晶格組裝體，釩酸鈰納米棒組裝體的示意 圖見圖7。 —種釩酸鈰納米棒組裝體的制備方法，其特征在于，采用水熱法控制合成，包括以
3下步驟 a.分別稱取鈰的可溶性鹽和EDTA溶于水制得溶液A，其中鈰與EDTA的摩爾比為 1 : 1-1. 3， A溶液中鈰的濃度為0. 05mol/L-0. 20mol/L ;將偏釩酸銨加入水中，并加入氫氧 化鈉使之溶解，得溶液B， B溶液中偏釩酸銨的濃度與A溶液中鈰的濃度相同；
b.將溶液B加入到溶液A中，A與B的體積比為1 : l，攪拌，用氫氧化鈉溶液調(diào) 節(jié)溶液pH值到9-11 ; c.將溶液移入有聚四氟乙烯內(nèi)襯的不銹鋼高壓反應(yīng)釜進(jìn)行水熱反應(yīng)，溫度為 120-180°C，反應(yīng)時間為20分鐘到30小時，反應(yīng)結(jié)束冷卻至室溫；
d.反應(yīng)釜中下層沉淀即為釩酸鈰納米棒組裝體； e.用無水乙醇、氯仿、異丙醇或丁醇離心洗滌，去掉產(chǎn)物中溶劑，即可得到釩酸鈰 納米棒組裝體，納米棒的直徑為7-10nm，棒長為70-100nm，大量納米棒肩并肩排列成超晶 格組裝體。 步驟a所屬的可溶性鹽為硝酸鹽、硫酸鹽或氯化鹽。 本發(fā)明的方法是在水熱的高溫高壓條件下進(jìn)行的反應(yīng)過程，其中EDTA加入量、溶 液中反應(yīng)物的濃度、溶液pH值、反應(yīng)溫度及時間影響反應(yīng)產(chǎn)物的形貌和組裝。本方法制得 的納米棒形貌均勻，組裝體大量存在，且在乙醇洗滌后仍保持組裝狀態(tài)，具有一定穩(wěn)定性。 本發(fā)明的釩酸鈰納米棒組裝體可應(yīng)用于催化、光催化及微納米器件，并且對與研究納米晶 體晶面、尺寸和維度與其物理、化學(xué)性能的關(guān)系，開發(fā)釩酸鹽在催化、光催化及微納米器件 方面的更多應(yīng)用具有重要意義。


圖1實施例1釩酸鈰納米棒組裝體的SEM照片，a為俯視圖，b為側(cè)視圖；
圖2實施例2釩酸鈰納米棒組裝體的TEM照片，a為整體圖，b為局部圖；
圖3實施例2中釩酸鈰納米棒組裝體的SEM照片，a為整體俯視圖，b為局部俯視 圖，c為側(cè)視圖； 圖4實施例3釩酸鈰納米棒組裝體的TEM照片；
圖5實施例4中釩酸鈰納米棒組裝體的TEM照片；
圖6實施例5中釩酸鈰納米棒組裝體的TEM照片；
圖7釩酸鈰納米棒組裝體的示意圖。
具體實施方式

實施例1 : (1)用電子天平分別稱取0. 6948g(0. 0016mol)六水硝酸鈰和 0. 7445g(0. 0020mol)EDTA溶于10ml去離子水中制得溶液A，0. 1872g(0. 0016mol)偏釩酸銨 和0. 128g(0. 0032mol)氫氧化鈉溶于10ml去離子水?dāng)嚢柚镣该髦频萌芤築。
(2)將溶液B加入到溶液A中，攪拌，用pH計測溶液pH值，滴加氫氧化鈉溶液調(diào)節(jié) 溶液pH值到10。 (3)將溶液轉(zhuǎn)移到容積為40ml有聚四氟乙烯內(nèi)襯的不銹鋼高壓反應(yīng)釜中，置入烘 箱進(jìn)行水熱反應(yīng)，溫度為18(TC，反應(yīng)時間為6小時，反應(yīng)結(jié)束降至室溫。
4CN 101786662 A
(4)用無水乙醇在轉(zhuǎn)速10000轉(zhuǎn)/分鐘下離心5分鐘洗滌反應(yīng)釜中下層沉淀 產(chǎn)物3次，最終得形貌均一，規(guī)則組裝的釩酸鈰納米棒組裝體，其直徑為7-10nm，棒長為 70-100nm，納米棒肩并肩排列，其SEM照片見圖1。
實施例2 : (1)用電子天平分別稱取1. 3896g (0. 0032mol)六水硝酸鈰和1. 489g (0. 0040mol) EDTA溶于10ml去離子水中制得溶液A， 0. 3744g (0. 0032mol)偏釩酸銨和 0. 256g(0. 0064mol)氫氧化鈉溶于10ml去離子水?dāng)嚢柚镣该髦频萌芤築。
(2)將溶液B加入到溶液A中，攪拌，用pH計測溶液pH值，滴加氫氧化鈉溶液調(diào)節(jié) 溶液pH值到11。 (3將溶液轉(zhuǎn)移到容積為40ml有聚四氟乙烯內(nèi)襯的不銹鋼高壓反應(yīng)釜中，置入烘 箱進(jìn)行水熱反應(yīng)，溫度為12(TC，反應(yīng)時間為30小時，反應(yīng)結(jié)束降至室溫。
(4)用無水乙醇在轉(zhuǎn)速10000轉(zhuǎn)/分鐘下離心5分鐘洗滌反應(yīng)釜中下層沉淀， 產(chǎn)物3次，最終得形貌均一，規(guī)則組裝的釩酸鈰納米棒組裝體，其直徑為7-10nm，棒長為 70-100nm，納米棒肩并肩排列，其TEM照片見圖2， SEM照片見圖3。 改變反應(yīng)條件在保持實施例1、2中其他條件不變情況下，鈰的可溶性鹽在水溶 液中的濃度在0. 05mol/L-0. 20mol/L之間都可得到相同產(chǎn)物，用氯仿、異丙醇，丁醇等代替 無水乙醇進(jìn)行離心洗滌可得類似結(jié)果。
實施例3 : (1)用電子天平分別稱取1. 3896g (0. 0032mol)六水硝酸鈰和1. 489g (0. 0032mol)
EDTA溶于10ml去離子水中制得溶液A， 0. 3744g (0. 0032mol)偏釩酸銨和
0. 256g(0. 0064mol)氫氧化鈉溶于10ml去離子水?dāng)嚢柚镣该髦频萌芤築。 (2)將溶液B加入到溶液A中，攪拌，用pH計測溶液pH值，滴加氫氧化鈉溶液調(diào)節(jié)
溶液pH值到9。 (3)將溶液轉(zhuǎn)移到容積為40ml有聚四氟乙烯內(nèi)襯的不銹鋼高壓反應(yīng)釜中，置入烘
箱進(jìn)行水熱反應(yīng)，溫度為18(TC，反應(yīng)時間為20分鐘，反應(yīng)結(jié)束降至室溫。 (4)用無水乙醇在轉(zhuǎn)速10000轉(zhuǎn)/分鐘下離心5分鐘洗滌產(chǎn)物三次，最終得形貌均
一，規(guī)則組裝的釩酸鈰納米棒組裝體，其TEM照片見圖4。 實施例5 : (1)用電子天平分別稱取1. 1343g(0. 0032mol)六水氯化鈰和1. 5634(0. 0042mol) EDTA溶于10ml去離子水中制得溶液A， 0. 3744g (0. 0032mol)偏釩酸銨和 0. 256g(0. 0064mol)氫氧化鈉溶于10ml去離子水?dāng)嚢柚镣该髦频萌芤築。
(2)將溶液B加入到溶液A中，攪拌，用pH計測溶液pH值，滴加氫氧化鈉溶液調(diào)節(jié) 溶液pH值到10。 (3)將溶液轉(zhuǎn)移到容積為40ml有聚四氟乙烯內(nèi)襯的不銹鋼高壓反應(yīng)釜中，置入烘
箱進(jìn)行水熱反應(yīng)，溫度為18(TC，反應(yīng)時間為24小時，反應(yīng)結(jié)束降至室溫。 (4)用無水乙醇在轉(zhuǎn)速10000轉(zhuǎn)/分鐘下離心5分鐘洗滌產(chǎn)物三次，最終得形貌均
一，規(guī)則組裝的釩酸鈰納米棒組裝體，其TEM照片見圖5。 實施例5 : (1)周電子天平分別稱取1. 1399g(0. 0016mol)八水硫酸鈰和
50. 7445g(0. 0016mol)EDTA溶于10ml去離子水中制得溶液A，0. 1872g(0. 0032mol)偏釩酸銨和0. 128g(0. 0064mol)氫氧化鈉溶于10ml去離子水?dāng)嚢柚镣该髦频萌芤築。
(2)將溶液B加入到溶液A中，攪拌，用pH計測溶液pH值，滴加氫氧化鈉溶液調(diào)節(jié)溶液pH值到10。 (3)將溶液轉(zhuǎn)移到容積為40ml有聚四氟乙烯內(nèi)襯的不銹鋼高壓反應(yīng)釜中，置入烘箱進(jìn)行水熱反應(yīng)，溫度為18(TC，反應(yīng)時間為6小時，反應(yīng)結(jié)束降至室溫。
(4)用無水乙醇在轉(zhuǎn)速10000轉(zhuǎn)/分鐘下離心5分鐘洗滌產(chǎn)物三次，最終得形貌均一，規(guī)則組裝的釩酸鈰納米棒組裝體，其TEM照片見圖6。
權(quán)利要求
一種釩酸鈰納米棒組裝體，其特征在于，所述釩酸鈰納米棒的直徑為7-10nm，棒長為70-100nm，納米棒肩并肩排列成超晶格組裝體。
2. —種釩酸鈰納米棒組裝體的制備方法，其特征在于，采用水熱法控制合成，包括以下 步驟a. 分別稱取鈰的可溶性鹽和EDTA溶于水制得溶液A ，其中鈰與EDTA的摩爾比為 1 : 1-1. 3， A溶液中鈰的濃度為0. 05mol/L-0. 20mol/L ;將偏釩酸銨加入水中，并加入氫氧 化鈉使之溶解，得溶液B， B溶液中偏釩酸銨的濃度與A溶液中鈰的濃度相同；b. 將溶液B加入到溶液A中，A與B的體積比為1 : l，攪拌，用氫氧化鈉溶液調(diào)節(jié)溶 液pH值到9-11 ;c. 將溶液移入有聚四氟乙烯內(nèi)襯的不銹鋼高壓反應(yīng)釜進(jìn)行水熱反應(yīng)，溫度為 120-180°C，反應(yīng)時間為20分鐘到30小時，反應(yīng)結(jié)束冷卻至室溫；d. 反應(yīng)釜中下層沉淀即為釩酸鈰納米棒組裝體；e. 用無水乙醇、氯仿、異丙醇或丁醇離心洗滌，去掉產(chǎn)物中溶劑，即可得到釩酸鈰納米 棒組裝體，納米棒的直徑為7-10nm，棒長為70-100nm，大量納米棒肩并肩排列成超晶格組 裝體。
3. 按照權(quán)利要求2的制備方法，其特征在于，所述鈰的可溶性鹽為鈰的硝酸鹽、硫酸鹽 或氯化鹽。
全文摘要
本發(fā)明公開了釩酸鈰納米棒組裝體及其制備方法，屬于無機(jī)先進(jìn)納米材料制備工藝技術(shù)領(lǐng)域。釩酸鈰納米棒的直徑為7-10nm，棒長為70-100nm，納米棒肩并肩排列成超晶格組裝體；制備方法鈰的可溶性鹽和EDTA溶于去離子水制得溶液A，將偏釩酸銨加入水中得B溶液，溶液B加入到溶液A中，用氫氧化鈉溶液調(diào)節(jié)溶液pH值到9-11，將溶液在有聚四氟乙烯內(nèi)襯的不銹鋼高壓反應(yīng)釜進(jìn)行水熱反應(yīng)，溫度為120-180℃，反應(yīng)時間為20分鐘到30小時，用無水乙醇、氯仿、異丙醇或丁醇離心洗滌下層沉淀，去掉產(chǎn)物中溶劑，即可得到釩酸鈰納米棒組裝體。本方法制得的納米棒形貌均勻，組裝體大量存在，且在乙醇洗滌后仍保持組裝狀態(tài)，具有一定穩(wěn)定性。
文檔編號C01G31/00GK101786662SQ20101012912
公開日2010年7月28日 申請日期2010年3月22日 優(yōu)先權(quán)日2010年3月22日
發(fā)明者劉軍楓, 孫曉明, 王琳琳 申請人:北京化工大學(xué)